JP2005250171A - ズームレンズ - Google Patents
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Abstract
【課題】 小型化が図られ、変倍比が2倍程度であり、全変倍域において高性能な光学性能を有する、負先行型の2つのレンズ群から成るズームレンズを提供する。
【解決手段】 第2レンズ群G2が、合成屈折力が正であるレンズ2aおよびレンズ2bから構成されるレンズと、物体側の面が凹面であり、第2の負の屈折力を有するレンズ2cと、物体側の面が凸面であり、第2の正の屈折力を有するレンズ2dとを有する。レンズ1bの両面、レンズ2cの両面、および、レンズ2dの物体側の面を非球面により構成する。第1レンズ群G1の焦点距離をf1、第2レンズ群G2の焦点距離をf2、広角端の焦点距離をfw、望遠端の焦点距離をftとして、2.5<|f1/fw|<4、0.6<|f2/ft|<1.2の条件を満足させる。
【選択図】 図1
【解決手段】 第2レンズ群G2が、合成屈折力が正であるレンズ2aおよびレンズ2bから構成されるレンズと、物体側の面が凹面であり、第2の負の屈折力を有するレンズ2cと、物体側の面が凸面であり、第2の正の屈折力を有するレンズ2dとを有する。レンズ1bの両面、レンズ2cの両面、および、レンズ2dの物体側の面を非球面により構成する。第1レンズ群G1の焦点距離をf1、第2レンズ群G2の焦点距離をf2、広角端の焦点距離をfw、望遠端の焦点距離をftとして、2.5<|f1/fw|<4、0.6<|f2/ft|<1.2の条件を満足させる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、固体撮像素子を備えたカメラの光学系に用いられるズームレンズに関する。
従来、ズームレンズとして、負の屈折力を有する前群と正の屈折力を有する後群の2つのレンズ群を離して配置するレトロフォーカスの近軸配置を構成し、かつ、これらの2つのレンズ群を光軸に沿って移動させ、レンズ群間隔を変化させることにより変倍を行うレンズが知られている(例えば、特許文献1,特許文献2参照。)。このような負・正群のレンズ群を有するいわゆる標準ズームレンズは、広画角化を容易にするとともに低コスト化と小型化を目的としたものである。
特開平8−122638号公報
特開平10−282416号公報
しかしながら、上述した従来のズームレンズにおいては、各レンズ群の屈折力配置やレンズ構成が不適切であると、レンズの枚数を増やしても変倍に伴う収差変動が大きく、全変倍域において高性能の光学性能を得ることは難しかった。
例えば特許文献1に開示されたズームレンズでは、広角側から望遠側迄の収差補正として、主として、球面収差及び非点収差の変動を抑える補正を行っているが、歪曲収差の変動が大きく、負の歪曲収差から正の歪曲収差へ変化してしまう場合があった。
また、特許文献2に開示されたズームレンズでは、広角端から望遠端にかけての収差(球面収差、非点収差、歪曲収差)補正の点では進歩しているが、Fナンバーが大きくレンズの明るさが問題となる場合があった。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、全体として少ないレンズ枚数により構成され小型化が図られ、変倍比が2倍程度であり、広角端でFナンバーが3.5程度である口径比を有し、全変倍域において高性能な光学性能を有する、負先行型の2つのレンズ群から成るズームレンズを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明のズームレンズは、
物体側より順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と正の屈折力を有する第2レンズ群とを備えたズームレンズであって、
前記第2レンズ群は、
物体側の面が凸面であり、第1の正の屈折力を有するレンズと第1の負の屈折力を有するレンズとから構成されるととともに、合成屈折力が正であるレンズと、
物体側の面が凹面であり、第2の負の屈折力を有するレンズと、
物体側の面が凸面であり、第2の正の屈折力を有するレンズとを備え、
前記第1レンズ群及び前記第2レンズ群をそれぞれ構成するレンズの少なくとも1面が非球面であり、
前記第1レンズ群の焦点距離をf1、前記第2レンズ群G2の焦点距離をf2、広角端の焦点距離をfw、望遠端の焦点距離をftとすると、
2.5<|f1/fw|<4
0.6<|f2/ft|<1.2
の条件を満足することを特徴とする。
物体側より順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と正の屈折力を有する第2レンズ群とを備えたズームレンズであって、
前記第2レンズ群は、
物体側の面が凸面であり、第1の正の屈折力を有するレンズと第1の負の屈折力を有するレンズとから構成されるととともに、合成屈折力が正であるレンズと、
物体側の面が凹面であり、第2の負の屈折力を有するレンズと、
物体側の面が凸面であり、第2の正の屈折力を有するレンズとを備え、
前記第1レンズ群及び前記第2レンズ群をそれぞれ構成するレンズの少なくとも1面が非球面であり、
前記第1レンズ群の焦点距離をf1、前記第2レンズ群G2の焦点距離をf2、広角端の焦点距離をfw、望遠端の焦点距離をftとすると、
2.5<|f1/fw|<4
0.6<|f2/ft|<1.2
の条件を満足することを特徴とする。
また、前記第1レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力を有するレンズと、正の屈折力を有するレンズとを有し、
前記第1レンズ群の正の屈折力を有するレンズの像面側、前記第2レンズ群の第2の負の屈折力を有するレンズの物体側及び像面側、および、前記第2レンズ群の第2の正の屈折力を有するレンズの物体側が非球面であり、
前記各非球面を、光軸から垂直方向の高さをy、前記光軸から垂直方向の高さyにおける前記各非球面の頂点の接平面から光軸方向に沿った距離をS(y)、近軸曲率半径をR、円錐係数をκ、n次の非球面係数をAnとして、
の非球面式で表現したときに、
前記第1レンズ群の正の屈折力を有するレンズの像面側、前記第2レンズ群の第2の負の屈折力を有するレンズの物体側及び像面側、および、前記第2レンズ群の第2の正の屈折力を有するレンズの物体側の各非球面の円錐係数κが、
0≦κ
の条件を満足するようにしてもよい。
前記第1レンズ群の正の屈折力を有するレンズの像面側、前記第2レンズ群の第2の負の屈折力を有するレンズの物体側及び像面側、および、前記第2レンズ群の第2の正の屈折力を有するレンズの物体側が非球面であり、
前記各非球面を、光軸から垂直方向の高さをy、前記光軸から垂直方向の高さyにおける前記各非球面の頂点の接平面から光軸方向に沿った距離をS(y)、近軸曲率半径をR、円錐係数をκ、n次の非球面係数をAnとして、
前記第1レンズ群の正の屈折力を有するレンズの像面側、前記第2レンズ群の第2の負の屈折力を有するレンズの物体側及び像面側、および、前記第2レンズ群の第2の正の屈折力を有するレンズの物体側の各非球面の円錐係数κが、
0≦κ
の条件を満足するようにしてもよい。
また、前記第1レンズ群の正の屈折力を有するレンズ、前記第2レンズ群の第2の負の屈折力を有するレンズ、および、前記第2レンズ群の第2の正の屈折力を有するレンズは、プラスチックレンズであり、それぞれ少なくとも1面が非球面であって、 前記第1レンズ群の正の屈折力を有するレンズの屈折力をφ1b、前記第2レンズ群の第2の負の屈折力を有するレンズの屈折力をφ2c、前記第2レンズ群の第2の正の屈折力を有するレンズの屈折力をφ2dとすると、
|(φ1b+φ2d)−|φ2c||<0.01
の条件を満足するようにしてもよい。
|(φ1b+φ2d)−|φ2c||<0.01
の条件を満足するようにしてもよい。
本発明によれば、負・正の2群ズームタイプで、Fナンバーが3.5〜4.5程度の口径比を有し、2倍程度の変倍比を有する、高性能で、レンズ枚数が少ない小型のズームレンズを提供することができる。
本発明の実施の形態に係るズームレンズについて、以下図面を参照して説明する。
第1の実施の形態に係るズームレンズの構成図を図1に、第2の実施の形態に係るズームレンズの構成図を図2に示す。それぞれの図において、(a)が広角端、(b)が中間端、(c)が望遠端のズーム位置を示している。また、Ri(i=1〜15(14))は、物体側より順に第i番目のレンズの近軸曲率半径を表し、dk(k=1〜14(13))は、物体側より順に第i番目のレンズの肉厚またはレンズ間の空気間隔を表している。
第1および第2の実施の形態に係るズームレンズは、収差変動を比較的少なくし、かつ、コンパクト化を図ることを目的としているが、レンズの枚数を減らすことで収差の悪化を招くことを避けるために、以下のような構成になっている。
第1および第2の実施の形態に係るズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ群G1と、負の屈折力を有する第2レンズ群G2と、第2レンズ群G2及び撮像面4の間に光学的ローパスフィルタ3とを備えている。ズームレンズは、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との空気間隔を変化させることにより変倍を行う。
第1および第2の実施の形態では、前群である第1レンズ群G1は、物体側から順に、負のパワー(屈折力)を有するレンズ1aと、正のパワーを有するレンズ1bとから構成されている。レンズ1bは、プラスチックレンズからなり、両面(物体側および撮像面4側)が非球面で構成されている。後群である第2レンズ群G2は、物体側から順に、絞りSと、物体側が凸面であり正のパワーを有するレンズ2aと、負のパワーを有するレンズ2bと、物体側が凹面であり負のパワーを有するレンズ2cと、物体側の面が凸面であり正のパワーを有するレンズ2dとから構成されている。なお、正のレンズ2aと負のレンズ2bとから合成パワーが正のレンズが構成されている。また、レンズ2cおよびレンズ2dは、プラスチックレンズである。レンズ2cの両面(物体側および撮像面4側)は非球面で構成されており、レンズ2dの物体側も非球面で構成されている。
第1の実施の形態では、図1に示すように、後群である第2レンズ群G2の正のレンズ2aが負のレンズ2bからやや分離されて配置されている。第2の実施の形態では、図2に示すように、後群である第2レンズ群G2の正のレンズ2aが負のレンズ2bに接合されて配置されている。
負の屈折力を有する前群である第1レンズ群G1に比べ、より屈折力の強い正の屈折力を有する後群である第2レンズ群G2を、正の屈折成分からなるレンズ(2aおよび2b)と、負の屈折成分からなるレンズ2cと、正の屈折成分からなるレンズ2dとにより構成している。第2レンズ群G2のレンズ成分のうち、最も物体側の正の屈折力を有するレンズ2dは、前群にて発散した光束を後群にて収斂させ、色の球面収差の発生を補正可能にし、また、負の屈折力を有するレンズ2cは、非点収差を良好に補正しつつ、コマ収差のバランスをとるためのものである。
第1および第2の実施の形態のズームレンズは、以下の式(1)〜(5)の関係を満足している。
第1レンズ群G1の焦点距離をf1、広角端の焦点距離をfwとして、
2.5<|f1/fw|<4・・・・・(1)
2.5<|f1/fw|<4・・・・・(1)
式(1)は、第1レンズ群G1の焦点距離f1と広角端の焦点距離fwとの関係を規定する式である。式(1)において、|f1/fw|が上限を超えると、第1レンズ群G1の焦点距離が大きくなり過ぎるので、特に広角端での周辺光量の低下や、第1レンズ群G1を構成するレンズの径(前玉径)の増大を招いてしまう。また、式(1)において、|f1/fw|が下限を下回ると、第1レンズ群G1の焦点距離f1が小さくなり過ぎるので、全ズーム域での収差性能が低下し、望遠側での球面収差の補正が困難となる。
第2レンズ群G2の焦点距離をf2、望遠端の焦点距離をftとして、
0.6<|f2/ft|<1.2・・・・・(2)
0.6<|f2/ft|<1.2・・・・・(2)
式(2)は、第2レンズ群G2の焦点距離f2と望遠端の焦点距離ftとの関係を規定する式であり、変倍に際しての諸収差の変動を抑えるものである。式(2)において、|f2/ft|が下限を下回ると、第2レンズ群G2のパワーが強くなるため、広角端から望遠端にかけての第2レンズ群G2の移動量は減少するが、変倍に際しての諸収差が変動し、変動した諸収差を良好に補正するのが困難となる。特に球面収差がアンダーとなってしまうことは問題となる。式(2)において、|f2/ft|が上限を超えると、第2レンズ群G2のパワーが弱まるため、広角端から望遠端にかけての第2レンズ群G2の移動量が増大し、レンズ系の光学全長が増大してしまうので不都合が生じる。なお、式(2)の上限を1.0とすれば、第2レンズ群G2のパワーの弱まりはより抑えられ、より好適である。
また、第1および第2の実施の形態のズームレンズは、式(1)および式(2)の関係を満足するとともに、第1レンズ群G1および第2レンズ群G2を構成するレンズの少なくとも一面が非球面であることにより、良好な収差性能を達成することができる。
レンズ1b、レンズ2cおよびレンズ2dの非球面は、光軸からの垂直方向の高さyにおける各非球面の頂点の接平面から光軸方向に沿った距離(サグ量)をS(y)、近軸曲率半径をR、円錐係数をκ、n次の非球面係数をAnとして、以下の非球面式(3)で表現される。
このように非球面式(3)で、レンズ1b、レンズ2cおよびレンズ2dの非球面を表現した場合には、レンズ1bの撮像面4側の非球面、レンズ2cの物体側および撮像面4側の非球面、レンズ2dの物体側の非球面の円錐係数κは、以下の式(4)を満足する。
0≦κ ・・・・・(4)
式(4)は、非球面に対する条件式で、非球面式(3)で表現した非球面の円錐係数κを規定する式である。第1および第2の実施形態においては、球面以外の2次曲面をベースにした非球面となるように円錐係数κを採用することで、特に、広角側の歪曲収差の補正と、コマ収差の補正を行うことができる。
式(4)において、円錐係数κが下限である数値0を下回る場合、非球面の円錐係数κが小さくなるため、レンズ周辺部分の曲率が著しく緩くなる。従って、広角端から望遠端にかけての第2のレンズ群G2の移動により発生する軸外光線の収差を補正するために、このような非球面を導入しようとすると、レンズ周辺部分の屈折力が弱まり、歪曲収差及びコマ収差の補正を良好にすることができない。
また、第2レンズ群G2に採用されている非球面レンズは、円錐係数κが球面を越えるため、光軸近傍の曲率が弱く、レンズ周辺部で曲率が強い楕円形状を有する非球面で構成され、また、第1レンズ群G1の凸レンズであるレンズ1bに非球面が導入されることにより、広角端側で発生する歪曲収差を補正しつつ、広角端から望遠端までの変倍域において変動する歪曲収差の変動を少なくすることができる。また、軸外でのコマ収差を良好に補正しつつ、像面湾曲を同時に良好に補正することができる。
さらに、負の屈折力を有する第1レンズ群G1中の正レンズ成分(レンズ1b)の両面に非球面をとることで、広角端及び望遠端で発生する非点収差、球面収差を良好に補正することができる。なお、第1レンズ群G1中の物体側に近い凹レンズ(レンズ1a)に非球面を採用すれば、歪曲収差の補正には有効であるが、大口径のレンズに非球面加工を施すことになり、コストが高くつくことになる。よって、凹レンズ(レンズ1a)に非球面を採用することは不適切である。
第1レンズ群G1中のプラスチックレンズであるレンズ1bの屈折力をφ1b、第2レンズ群G2中のプラスチックレンズであるレンズ2cの屈折力をφ2c、第2レンズ群G2中のプラスチックレンズであるレンズ2dの屈折力をφ2dとすると、
|(φ1b+φ2d)−|φ2c||<0.01 ・・・・・(5)
|(φ1b+φ2d)−|φ2c||<0.01 ・・・・・(5)
式(5)は、全系での温度補償をするための各プラスチックレンズのパワー(屈折力)配分条件式である。条件式(5)において、上限0.01を超えると前群の第1レンズ群G1、後群の第2レンズ群G2での温度補償のバランスが崩れ、正の屈折力を有する後群内で温度変化による焦点移動が大きくなりすぎ、負の屈折力を有する前群で十分に補償することができなくなる。この補償を十分に行うためには、カメラ内に温度計を設置し、オートフォーカスによる補正等をしなければならず、コストアップにつながり、好ましくない。
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、各実施の形態では、第1レンズ群G1のレンズ1bの両面、第2レンズ群G2のレンズ2cの両面、および、レンズ2dの物体側の面を非球面により構成する例について説明したが、式(1)および(2)の関係を満足させる場合は、第1レンズ群G1および第2レンズ群G2をそれぞれ構成するレンズの少なくとも1面が非球面により構成されていればよい。また、式(5)を満足させる場合には、レンズ1b、レンズ2cおよびレンズ2dそれぞれの少なくとも1面が非球面であればよい。
また、各実施の形態では、レンズ1b、レンズ2cおよびレンズ2dがプラスチックレンズである例について説明したが、式(1)〜(4)の関係を満足させる場合には、レンズ1b、レンズ2cおよびレンズ2dは、必ずしもプラスチックレンズである必要はない。
以下、本発明を実施したズームレンズの構成を、コンストラクションデータ、収差図を挙げて更に具体的に説明する。実施例1は、前記第1の実施の形態に対応した実施例である。第1の実施の形態を表すレンズ構成図である図1は、実施例1のレンズ構成図でもある。表1および表2は、実施例1のコンストラクションデータを示している。表1は、実施例1のレンズデータ、非球面データ等を示しており、表1において、fは全系の焦点距離、FnoはFナンバー、ωは入射半画角、Rはレンズの曲率半径(mm)、dはレンズの肉厚(mm)またはレンズ間の空気間隔(mm)、Ndは各レンズのd線に対する屈折率、νdは各レンズのd線に対するアッベ数、κは円錐係数、Anはn次の非球面係数を示している。なお、面番号に★印が付された面は、非球面で構成された面であることを示している。
表2は、実施例1の可変間隔データ、条件対応値を示しており、表2において、f1は第1レンズ群G1の焦点距離、fwは広角端の焦点距離、f2は第2レンズ群G2の焦点距離、ftは望遠端の焦点距離、φ1bはレンズ1bの屈折力、φ2cはレンズ2cの屈折力、φ2dはレンズ2dの屈折力を示している。
表2は、実施例1の可変間隔データ、条件対応値を示しており、表2において、f1は第1レンズ群G1の焦点距離、fwは広角端の焦点距離、f2は第2レンズ群G2の焦点距離、ftは望遠端の焦点距離、φ1bはレンズ1bの屈折力、φ2cはレンズ2cの屈折力、φ2dはレンズ2dの屈折力を示している。
図3〜図5は、表1および表2に示した実施例1に係るズームレンズの収差性能を示す。図3は広角端、図4は中間端、図5は望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差を示している。なお、図中、Yは像高である。各収差図中、実線はd線に対する収差、点線はF線に対する収差を表している。非点収差において「T」の符号が付いているグラフはタンジェンシャル面での収差で、「S」の符号が付いているグラフはサジタル面での収差を表している。
図3〜図5より、実施例1に係るズームレンズが良好な光学性能を有していることがわかる。
実施例2は、前記第2の実施の形態に対応した実施例である。第2の実施の形態を表すレンズ構成図である図2は、実施例2のレンズ構成図でもある。表3および表4は、実施例2のコンストラクションデータを示している。実施例1における表1および表2の説明は、表3および表4においても同様である。
図6〜図8は、表3および表4に示した実施例2に係るズームレンズの収差性能を示す。実施例2における図6〜図8の説明は、実施例1の図3〜図5と同様である。
図6〜図8より、実施例2に係るズームレンズが良好な光学性能を有していることがわかる。
3 光学的ローパスフィルタ
4 撮像面
S 絞り
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
4 撮像面
S 絞り
G1 第1レンズ群
G2 第2レンズ群
Claims (3)
- 物体側より順に、負の屈折力を有する第1レンズ群と正の屈折力を有する第2レンズ群とを備えたズームレンズであって、
前記第2レンズ群は、
物体側の面が凸面であり、第1の正の屈折力を有するレンズと第1の負の屈折力を有するレンズとから構成されるととともに、合成屈折力が正であるレンズと、
物体側の面が凹面であり、第2の負の屈折力を有するレンズと、
物体側の面が凸面であり、第2の正の屈折力を有するレンズとを備え、
前記第1レンズ群及び前記第2レンズ群をそれぞれ構成するレンズの少なくとも1面が非球面であり、
前記第1レンズ群の焦点距離をf1、前記第2レンズ群G2の焦点距離をf2、広角端の焦点距離をfw、望遠端の焦点距離をftとすると、
2.5<|f1/fw|<4
0.6<|f2/ft|<1.2
の条件を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 前記第1レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力を有するレンズと、正の屈折力を有するレンズとを有し、
前記第1レンズ群の正の屈折力を有するレンズの像面側、前記第2レンズ群の第2の負の屈折力を有するレンズの物体側及び像面側、および、前記第2レンズ群の第2の正の屈折力を有するレンズの物体側が非球面であり、
前記各非球面を、光軸から垂直方向の高さをy、前記光軸から垂直方向の高さyにおける前記各非球面の頂点の接平面から光軸方向に沿った距離をS(y)、近軸曲率半径をR、円錐係数をκ、n次の非球面係数をAnとして、
前記第1レンズ群の正の屈折力を有するレンズの像面側、前記第2レンズ群の第2の負の屈折力を有するレンズの物体側及び像面側、および、前記第2レンズ群の第2の正の屈折力を有するレンズの物体側の各非球面の円錐係数κが、
0≦κ
の条件を満足することを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。 - 前記第1レンズ群の正の屈折力を有するレンズ、前記第2レンズ群の第2の負の屈折力を有するレンズ、および、前記第2レンズ群の第2の正の屈折力を有するレンズは、プラスチックレンズであり、それぞれ少なくとも1面が非球面であって、 前記第1レンズ群の正の屈折力を有するレンズの屈折力をφ1b、前記第2レンズ群の第2の負の屈折力を有するレンズの屈折力をφ2c、前記第2レンズ群の第2の正の屈折力を有するレンズの屈折力をφ2dとすると、
|(φ1b+φ2d)−|φ2c||<0.01
の条件を満足することを特徴とする請求項1に記載のズームレンズ。
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